Владимир Иванович Вернадский

Владимир Иванович Вернадский начинал с изучения минералов, их состава и происхождения. Позднее он обратился к тому, как жизнь изменяет вещество Земли. Учёный выяснял, как организмы влияют на состав воды, горных пород и воздуха. Этому вопросу посвящена «Биосфера», опубликованная в 1926 году. Учёный рассматривал деятельность растений и животных в геологическом масштабе: сопоставлял массу живого вещества, его состав и участие в переносе элементов. Для этих исследований понадобились данные геологов, биологов и химиков. Так складывалась биогеохимия.

Вернадский участвовал в создании академических учреждений и организовывал лаборатории, в которых специалисты могли исследовать общие вопросы. Он председательствовал в Комиссии по изучению естественных производительных сил России. Украинская академия наук в Киеве избрала его своим первым президентом. В Петрограде Вернадский руководил Радиевым институтом, а позднее создал Биогеохимическую лабораторию. Эти учреждения объединяли специалистов разных профессий. Геологи собирали природные образцы, химики изучали их состав, физики исследовали свойства вещества, а результаты входили в общую научную программу.

Семья, учёба и первые полевые исследования

Вернадский родился в Петербурге 12 марта 1863 года. Его отец, Иван Васильевич, был университетским преподавателем. В Киеве и Москве Иван Васильевич преподавал статистику и политическую экономию. Его болезнь заставила семью в 1868 году перебраться в Харьков. В Харькове Владимир начал учиться. Позднее семья вернулась в Петербург, где он завершил школьное образование.

На физико-математический факультет Петербургского университета Вернадский поступил в 1881 году, выбрав естественное отделение. Он слушал Дмитрия Менделеева, а у Василия Докучаева учился исследовать природу в поле. Студент наблюдал процессы на месте и участвовал в сборе геологического материала.

Студенческие годы связали Вернадского с участниками университетского Научно-литературного общества. Общение с товарищами продолжалось и после выпуска. Вместе они занимались просвещением, обсуждали общественные дела, позднее объединились в круг, который называли «братством».

В 1886 году Вернадский женился на Наталии Егоровне Старицкой. В семье родились сын Георгий и дочь Нина. Сын впоследствии выбрал профессию историка, дочь стала врачом-психиатром. Семья проводила лето в усадьбе в Шишаках Полтавской губернии. Во время научных поездок Вернадский писал жене, обсуждая с ней выбор темы своей будущей диссертации.

На Сестрорецких дюнах молодой Вернадский под руководством Докучаева изучал действие ветра на песчаную поверхность и составлял метеорологические описания. Природный материал приходилось наблюдать в движении: отмечать его состояние и окружающие условия. Работа в поле дополняла занятия с минералогическими образцами. Здесь предметом исследования становился процесс изменения поверхности, который нельзя увидеть по одному образцу в коллекции.

Одной из первых больших поездок Вернадского стала Нижегородская экспедиция Докучаева летом 1884 года. Он работал вместе с другими участниками, собирал и описывал геологический материал. Статью по итогам этой экспедиции он подготовил ещё студентом. Наблюдения под Сестрорецком и материалы экспедиции относились к разным природным условиям.

После выпуска в 1885 году Вернадский занял должность хранителя минералогического кабинета Петербургского университета. Он работал с коллекцией, которую использовали для научных занятий и преподавания. Отдельные минералы нужно было различать по составу и строению, сопоставлять с другими образцами. Летом 1887 года Вернадский изучал смоленские фосфориты. Поездку в Смоленскую губернию оплатило Вольное экономическое общество.

Докучаев видел в результатах смоленской поездки материал для магистерской диссертации Вернадского о фосфоритах. Эти породы содержат соединения фосфора. Сам Вернадский предпочитал вопросы, связанные с кристаллами. В письме Наталии Егоровне он объяснил свой выбор и отказ от темы о фосфоритах. Дальнейшая подготовка проходила в европейских научных центрах: учёный изучал строение кристаллов и способы получения минералов в лаборатории.

Первым местом европейской стажировки 1888 года стал Мюнхен, где Вернадский занимался у Пауля Грота. Грот был специалистом по строению и форме кристаллов. В этой области, кристаллографии, внешнюю форму образца рассматривают в связи с упорядоченным устройством твёрдого вещества. Вернадский мог сопоставлять минералы по закономерностям их строения. После Мюнхена он отправился в Париж.

С марта 1889 по июнь 1890 года Вернадский работал в Париже. У Фердинанда Фуке и Анри Ле Шателье Вернадский изучал получение минералов в лабораторных условиях. Лабораторные опыты помогали изучать условия образования минералов. Вернувшись к преподаванию, Вернадский соединял полевые и лабораторные способы изучения минералов.

Минералогия в Московском университете

В Московском университете Вернадский с начала 1890-х годов вёл два курса — минералогию и кристаллографию. На занятиях разбирали природные твёрдые вещества: их химический состав, строение и происхождение. Минералогия охватывала эти вопросы в целом, а кристаллография обращалась к закономерному устройству кристаллов. Учебные курсы сопровождали собственные исследования преподавателя.

Защита магистерской диссертации состоялась в 1891 году. Продолжая исследования кристаллов, Вернадский подготовил работу «Явления скольжения кристаллического вещества». В 1897 году он защитил её и получил докторскую степень. Обе защиты относятся к его московскому периоду. Предметом докторской работы было поведение кристаллов. Исследования состава и строения минералов занимали его в годы, когда он преподавал эти дисциплины университетским студентам.

Составу группы минералов Вернадский посвятил магистерскую диссертацию. Она называлась «О группе силлиманита и роли глинозёма в силикатах». Соединения кремния и кислорода лежат в основе многочисленных минералов, называемых силикатами. Учёный исследовал, какое место в их составе занимает глинозём. Уже в следующем, 1892 году он издал «Курс кристаллографии».

Профессорское назначение на кафедру минералогии Московского университета Вернадский получил в 1903 году. Уведомление об этом хранится среди документов его личного фонда в Архиве РАН. Назначению предшествовали годы преподавания, магистерская и докторская защиты, подготовка учебного курса. После получения должности он продолжал университетскую работу до 1911 года. В течение этого периода к московским занятиям добавились обязанности в Петербургской Академии наук.

В московском курсе Вернадский разбирал историю минералов — условия их возникновения и последующих изменений. Для объяснения этих процессов он обращался к химии земной коры, в том числе к действию кислорода, выделяемого организмами. Описание формы и состава минерала было отправной точкой. Затем следовал вопрос, как такое вещество появилось в природе и что с ним происходило дальше. О своём внимании к истории минералов при преподавании Вернадский позднее писал в «Очерках геохимии».

Академическая работа Вернадского началась ещё во время преподавания в Москве. В 1906 году Вернадский стал адъюнктом Петербургской Академии наук. Экстраординарным академиком его избрали в 1908 году. Заведование академическим Минералогическим музеем он принял в 1906-м. Теперь он жил то в Москве, то в Петербурге. В музейной коллекции можно было сравнивать минералы, собранные в разных местностях. Работу с образцами он совмещал с университетскими курсами. Уйдя в отставку в 1911 году, Вернадский сосредоточил основные исследования в академических учреждениях.

Общественная деятельность и уход из университета

Круг университетских товарищей Вернадского оформился в «братство» в январе 1886 года. В него вошли Александр Корнилов, Сергей и Фёдор Ольденбурги, Иван Гревс и другие выпускники. Их объединяла совместная просветительская деятельность. Участники кружка народной литературы приобретали книги на свои средства и отправляли их сельским библиотекам. Вернадский сохранял общение с этим кругом после перехода к преподаванию и самостоятельным исследованиям.

На земском съезде 1904 года обсуждали, каким должно стать государственное устройство России. Вернадский голосовал за конституционный строй и народное представительство с законодательными полномочиями. Предлагаемое представительство должно было принимать законы и контролировать бюджет. Его голос относился к этому конкретному решению съезда о полномочиях будущего парламента.

Отставка Вернадского из Московского университета последовала в начале 1911 года. Вместе с другими профессорами и преподавателями он протестовал против действий властей в отношении университета. За плечами у него уже были годы преподавания, профессорское назначение и исследования минералов. Академическая работа, начатая несколькими годами ранее, продолжилась в Петербурге. Там он занимался музейными коллекциями, исследованием радиоактивных руд и организацией совместных научных работ.

Ординарным академиком Вернадского избрали в 1912 году. В 1914-м он получил директорскую должность в Геологическом и Минералогическом музее Петербургской Академии наук. К тому времени у него уже был опыт работы с академическими коллекциями: Минералогическим музеем он заведовал с 1906 года. Новая должность относилась уже к объединённому учреждению. Пока музей собирал и изучал природные образцы, Вернадский занимался радиоактивными рудами и подготовкой программы исследования ресурсов.

Поиск радиоактивных руд

Поиск радиоактивных веществ начинался с геологической задачи: найти руду и определить, какие минералы содержат интересующие исследователей элементы. После этого материал поступал к химикам и физикам. Вернадский занимался природными источниками таких веществ, используя опыт минералога. Он изучал распределение элементов в породах и их переходы между природными средами. Этот круг вопросов составляет геохимию, которая связывает состав отдельного образца с химическими процессами в Земле.

Радиевая комиссия была учреждена в 1909 году при участии Вернадского. Она занималась поиском и изучением радиоактивных веществ, необходимых для новых исследований. Вернадский работал с минералами и сведениями о месторождениях. Между находкой руды и получением пригодного образца оставалось несколько задач: определить состав, выделить нужное вещество, исследовать его свойства. Геологические сведения входили в эту работу вместе с химическими и физическими измерениями.

В 1911 году Вернадский развернул поиски радиевых руд в России. На следующий год Государственная дума выделила средства на эти исследования. Поддержка позволяла вести работу как организованную программу, а не как отдельные поездки за образцами. Для Вернадского радиоактивные минералы были предметом изучения Земли и одновременно материалом, вокруг которого собирались геологи, химики и физики. Конкретные лабораторные результаты этой программы создавались их общей работой.

Одним из мест, где искали подходящие руды, была Ферганская область. Получить из руды радий означало решить отдельную химическую задачу после геологического поиска. В 1919 году эту работу выполнил радиохимик Виктор Хлопин, извлекая радий из остатков ферганской руды. Вернадский занимался организацией направления и изучением минералов, но сам результат извлечения принадлежит Хлопину. Позднее оба работали в Радиевом институте, где химические и геологические исследования получили собственные отделы.

Организация исследований в КЕПС

Начавшаяся Первая мировая война выявила нехватку знаний о российском сырье. Учёным предстояло собрать сведения о рудных месторождениях и химическом составе добываемого материала. В январе 1915 года записку об изучении естественных производительных сил страны подготовили пять академиков. Вместе с Вернадским над ней работали Александр Карпинский и Борис Голицын, Николай Курнаков и Николай Андрусов. Эта записка находится в личном фонде учёного, хранящемся в Архиве РАН.

Учреждённая Академией наук в 1915 году комиссия получила название «Комиссия по изучению естественных производительных сил России». Её председателем стал Вернадский, участвовавший в подготовке проекта. Сокращённо комиссию называли КЕПС. Геологи собирали сведения о месторождениях, химики исследовали состав сырья, специалисты других направлений изучали воду, почвы и природные условия. Полученные материалы предназначались для научной работы и практического использования ресурсов страны.

Под председательством Вернадского КЕПС начала выпускать труды о сырьевых ресурсах России. Издания собирали сведения, полученные при исследовании разных территорий, и давали учёным общий материал для сравнения. Результаты полевой работы и анализа становились доступны за пределами учреждения, в котором были получены. Отдельные направления продолжали развиваться внутри комиссии, затем выделялись в постоянные научные подразделения Академии.

В годы гражданской войны из отделов КЕПС создавались научные институты Академии наук. У каждого направления складывались собственные задачи и коллектив. Вернадский руководил комиссией, а исследования её отделов вели разные группы учёных. Эта последовательность учреждения подразделений повторилась в его биогеохимической программе: при КЕПС работал отдел живого вещества, из которого в 1928 году возникла отдельная лаборатория.

Решение об Институте платины и редких металлов приняли в 1917 году, а работать он начал в 1918-м. Тот же год стал временем создания Института физико-химического анализа и Оптического института. В 1919 году появился Гидрологический институт. Они выросли из отдельных направлений КЕПС и получили собственные исследовательские задачи. Вернадский возглавлял общую комиссию, внутри которой действовали коллективы специалистов. Учреждение каждого института было самостоятельной организационной работой этих коллективов и Академии.

После Февральской революции Вернадский работал в органах государственной власти. Учёный комитет Министерства земледелия в 1917 году работал под его председательством. Во Временном правительстве он был заместителем министра народного просвещения. Эти обязанности касались научной работы и образования. Одновременно продолжали действовать академические программы, связанные с исследованием природных ресурсов. Революционные события изменили государственную систему, а Вернадский затем занимался созданием научных учреждений в Киеве.

Работа в Киеве: академия и исследования живого вещества

Киевский проект академии занял Вернадского в 1918 году. После встречи с гетманом Павлом Скоропадским Вернадский создал несколько подготовительных комиссий. Они занимались проектами академии и национальной библиотеки, а также научных и учебных учреждений. В академии предполагалось развивать гуманитарные науки наряду с естественными и техническими. Работу над устройством новой организации вели учёные, а её государственное учреждение требовало решения власти. В ноябре проект получил законодательное оформление.

14 ноября 1918 года Скоропадский подписал закон об учреждении Украинской академии наук. Закон создал государственное основание для её работы. На учредительном общем собрании 27 ноября Вернадского избрали первым президентом академии. Даты и роли здесь различаются: политическое решение оформил глава государства, а руководителя избрали члены нового научного учреждения. Вернадский получил возможность проводить организационные замыслы уже внутри академии.

Предложенная для академии модель соединяла государственный статус с самостоятельностью в научных делах. Для её отделений предусматривались разные направления работы: гуманитарные науки, технические исследования и изучение природы. Вернадский связывал с новой академией три задачи: помогать развитию украинской культуры, изучать ресурсы страны и заниматься вопросами жизни на местах. Он участвовал в разработке этой модели вместе с коллегами. После избрания требовалось наполнить её лабораториями, библиотекой и рабочими группами.

Вернадский возглавлял временный комитет по учреждению национальной библиотеки и был одним из главных инициаторов её создания. Академическим исследователям были нужны книги, научные издания и другие материалы для работы. Подготовка библиотеки входила в киевский проект наряду с организацией лабораторий. Нынешняя Национальная библиотека Украины носит имя Вернадского. В 1918 году он занимался её созданием как частью системы учреждений новой академии.

Химическая лаборатория, учреждённая Вернадским, стала самостоятельным подразделением Украинской академии наук. Для измерений живого вещества он использовал и другую лабораторию — технической химии при Киевском университете. К этой работе учёный приступил в декабре 1918 года. Измеряли массу растений и животных, изучали их состав и продуктивность. По этим величинам можно было сравнивать разные организмы и оценивать их участие в природных процессах. Для такой работы требовались химические анализы и материалы, собранные в определённых природных условиях.

В 1919 году эти исследования продолжились на Старосельской биостанции. Работа на станции давала материал непосредственно из природной среды, после чего можно было определять его химический состав. В отличие от обычного описания отдельных видов, Вернадского интересовало, сколько вещества проходит через живые организмы и как они участвуют в земных процессах. Биостанция стала одним из мест, где его новая программа получала практическую форму.

Преподавание и исследования в Симферополе

В Симферополе Вернадский работал в 1920–1921 годах. Преподавал он в Таврическом университете, где читал курсы геохимии и минералогии. Учёный создал минералогический кабинет и позднее стал ректором университета. Образцы минералов использовали на занятиях со студентами. Наряду с преподаванием продолжались исследования, начатые в Киеве, — изучение химических процессов с участием организмов. Одним местом этой работы была лаборатория университета, другим — Салгирская плодоводческая станция.

Биогеохимические исследования велись на Салгирской плодоводческой станции. Университетская лаборатория изучала, как деятельность организмов связана с образованием минералов. Эти занятия продолжали задачу, поставленную в Киеве: изучать жизнь через измеряемые изменения вещества. В 1921 году Вернадский вернулся в Петроград и там выступил с лекцией «Начало и вечность жизни», представив аудитории свои размышления о жизни в геологической истории Земли.

Живое вещество как предмет науки

Для биолога отдельный организм — это существо с определённым строением и образом жизни. Вернадский поставил иной вопрос: что делают все организмы вместе с веществом Земли? Он предложил рассматривать их совокупность по массе, химическому составу и заключённой в ней энергии. Эту совокупность он называл «живым веществом». Такой подход позволял задавать измеримые вопросы даже тогда, когда речь шла не об одном виде, а о жизни в огромных пространствах.

Один из ранних следов этой работы сохранился в личном архиве учёного. Письмо Вернадского геологу Якову Самойлову 1907–1909 годов посвящено количеству живого вещества в земной коре. Тема письма показывает, что ещё до книги «Биосфера» учёный пытался оценивать жизнь как часть вещества Земли. Доступное описание документа не раскрывает ход его рассуждений и не позволяет считать письмо изложением позднего учения о биосфере.

К 1916 году Вернадский сформулировал понятие живого вещества как совокупности организмов, которую можно характеризовать количественно. Требовалось узнать не только, какие существа населяют местность, но и сколько их вещества находится в данном месте, из каких элементов оно состоит и как меняется. Для этого были нужны измерения на растениях и животных, сбор образцов и химический анализ. Так возникала исследовательская задача, в которой геологические и биологические данные нельзя было полностью разделить.

Растения и животные стали материалом для измерений, которые Вернадский начал в конце 1918 года. В Киевском университете, в лаборатории технической химии, он исследовал их состав, массу и продуктивность. Показатели имели смысл для сравнения: даже если масса живых организмов невелика рядом с массой пород, через них постоянно проходят вещества из воды, воздуха и почвы. Дальнейшая работа на Старосельской биостанции переносила измерения к материалу, собранному в природной среде. Позднее такая программа потребовала постоянных сотрудников и общей методики для разных видов образцов.

В записи от 28 марта 1918 года Вернадский отмечал, что рукопись о живом веществе уже превысила четыреста страниц. Запись фиксирует длительную работу над темой в период, когда он ещё не имел устойчивой отдельной лаборатории для её изучения. Рукопись не была кратким введением к новому термину: учёный пытался собрать множество наблюдений в единое объяснение. Часть более раннего материала он затем использовал при подготовке книги о биосфере.

Вопрос о роли организмов в земных процессах был точнее обычного утверждения, что жизнь зависит от природы. Растения берут вещества из среды, животные получают их с пищей, после гибели организмов их состав снова входит в воду, почву или осадки. Вернадского интересовал масштаб этих переходов и то, как они меняют химическую картину Земли. Наука, изучающая участие жизни в перемещении и накоплении элементов, получила название биогеохимии. Изучая породы и воду, исследуя растения и животных, учёные решали разные части общей задачи.

Биосфера и книга 1926 года

Понятие биосферы существовало до Вернадского: название предложил в XIX веке австрийский геолог Эдуард Зюсс. У Вернадского эта оболочка, в которой существует жизнь, получила геологическое объяснение. Он исследовал её историю и то, как организмы меняют состав природных сред — воды, горных пород и воздуха. Растения и животные участвуют в химических переходах, а повторение этих процессов на протяжении длительного времени меняет вещество земной поверхности.

Солнечная энергия занимала определённое место в объяснении Вернадского. Используя свет, растения создают органические вещества, которые затем проходят через процессы питания и разложения. Через живые организмы энергия Солнца оказывается связана с химическими превращениями на Земле. Биосфера в таком описании включает непрерывную деятельность живого вещества. При этом организмы распределены неравномерно, и их работа в разных частях планеты различается по масштабу и условиям.

Французское издание «Геохимии» появилось в 1924 году. В нём Вернадский изложил представление о биосфере как геологической оболочке и связал её историю с деятельностью живого вещества. Основу книги составили зарубежные лекции и исследования учёного. Он готовил также отдельное сочинение о биосфере. Эту рукопись завершил во Франции осенью 1925 года, включив в неё материалы, над которыми работал ещё во время гражданской войны.

Прага и Париж были местами научной работы Вернадского в 1922–1926 годах. Он преподавал геохимию в Сорбонне и работал у Марии Склодовской-Кюри в её лаборатории. Европейская работа включала преподавание, исследования и подготовку книг. Лекционный материал получил печатное изложение во французской «Геохимии», отдельную рукопись о биосфере он завершил во Франции. На протяжении этих лет за Вернадским сохранялось руководство Радиевым институтом. Директором учреждения он оставался до 1939 года.

В 1926 году в Ленинграде вышла «Биосфера» — отдельная книга Вернадского. Первую её часть составил очерк «Биосфера в космосе», вторую — «Область жизни». Описывая оболочку Земли, населённую организмами, Вернадский объяснял их деятельность поступлением энергии Солнца. Работа над этим изложением велась несколько лет: материалы рукописи о живом веществе вошли в книгу, подготовленную во Франции. После публикации к ней можно было обращаться как к самостоятельному научному труду.

В биогеохимической программе Вернадского состав организма сопоставляли с веществом окружающей среды. Один и тот же элемент обнаруживается в разных образцах: он входит в состав организмов, присутствует в воде, содержится в породе или почве. Исследователь должен установить его количество в образцах и проследить переходы между ними. Поэтому описание организмов дополнялось химическими измерениями. Позднее сотрудники Биогеохимической лаборатории занимались именно количественным изучением движения элементов в биосфере.

В личном фонде учёного сохранились материалы, относящиеся к этой работе: статья «О биогеохимии», записи опытов и наблюдений, а также текст «О биогенной миграции химических элементов в биосфере». Эти названия приведены в описи Архива РАН. Они позволяют увидеть, что рядом с книгой продолжалась работа над отдельными исследовательскими вопросами.

Радиевый институт: исследование вещества от руды до лаборатории

Вернувшись в Петроград в 1921 году, Вернадский добивался создания учреждения, которое могло бы вести исследования радиоактивных веществ постоянно. Прежние поиски руд и работа радиохимической лаборатории показали, что задача включает разные этапы. Сначала нужно найти минерал и выяснить его состав, затем выделить интересующее вещество и исследовать его свойства. Организация института позволяла соединить эти работы в одном учреждении, сохранив за каждой её собственные методы и специалистов.

По инициативе Вернадского 23 января 1922 года был утверждён устав Радиевого института. Он возглавил новое учреждение. Дату подтверждает история института, а более раннее ходатайство учёного — документальная экспозиция Академии наук. Устав обозначил переход от поисковой программы и отдельных лабораторий к постоянной организации. При этом создание института не означало, что все эксперименты проводил его руководитель: структура самого учреждения показывает распределение работы между коллегами.

Физическим отделом руководил Лев Мысовский. Его областью было изучение физических свойств радиоактивности. Химическим отделом заведовал Виктор Хлопин, уже получивший радий из ферганской руды. Для химика важны способы выделения и очистки вещества, без которых образец руды остаётся смесью многих соединений. Различие между отделами помогает понять, почему для работы с радиоактивным материалом одного специалиста было недостаточно. Общее направление поддерживало сотрудничество людей с разной подготовкой.

Сам Вернадский руководил минералого-геохимическим отделом. Здесь в центре внимания оставался природный материал: какие минералы содержат радиоактивные элементы, где они встречаются и как связаны с геологической средой. Это продолжало его раннюю работу минералога, но расширяло вопрос до распределения элементов в Земле. Радиевый институт тем самым соединял поиск природных источников, химическую работу с полученным веществом и физическое исследование его свойств.

Работа с радиоактивными веществами сопровождала его интерес к химической истории Земли. Радиоактивный элемент можно изучать в приборе, но сначала надо понять, как он оказался в руде и сколько его в природном образце. Для решения этих вопросов Вернадский обращался к геохимии и минералогии. Радиоактивность и живое вещество требовали отдельных лабораторных исследований. Но в обоих направлениях он изучал, где в природе встречаются элементы, как они распределены и какие специалисты нужны для такой работы.

Создание Биогеохимической лаборатории

С предложением создать Биогеохимическую лабораторию Вернадский обратился в Академию наук в 1926 году, когда вернулся из Франции. Отдельной лаборатории предшествовал отдел живого вещества, действовавший при КЕПС. Название отдела отражало предмет исследования, который уже несколько лет занимал учёного. Но постоянные измерения состава организмов, вод и других природных образцов требовали собственного коллектива и лабораторной работы.

С 1 октября 1928 года Биогеохимическая лаборатория стала самостоятельной организацией. Согласно опубликованным материалам, в ней были два отделения и десять научных сотрудников-химиков. Эта численность относится ко времени учреждения, а не ко всей дальнейшей истории лаборатории. Сам переход к отдельной организации важен для понимания роли Вернадского: идея о геологической деятельности живого вещества получила место, где её можно было проверять измерениями, сравнивать образцы и обучать сотрудников общей программе.

Главной задачей лаборатории было количественно изучать перемещение химических элементов в биосфере. Это означает выяснять, сколько определённого элемента содержится в разных организмах и средах и каким путём он переходит между ними. Одного указания, что растение или животное влияет на почву, здесь недостаточно. Нужны числа, сопоставимые пробы и способ повторить анализ. Так исследование биосферы становилось работой химиков и полевых исследователей, а не только темой большой теоретической книги.

Молодой химик Александр Виноградов получил от Вернадского в 1926 году предложение изучить состав морских организмов. Нужно было выяснить, какие элементы они содержат, и измерить количество каждого. Морские растения и животные связаны с окружающей водой, поэтому анализ их вещества входил в программу изучения переходов элементов в биосфере. Виноградов с сотрудниками разрабатывал способы определения малых количеств веществ. Вернадский задавал направление, а химические измерения проводил коллектив.

Сбор материала занял у Виноградова несколько лет, с 1926-го по 1930-й. Он работал на Мурманской биостанции и выходил на судне «Персей» в Баренцево море. При сборе нужно было фиксировать происхождение организмов и условия, в которых они находились. В 1927 году он подготовил правила определения средней массы растений и животных. Для анализа состава планктона предусматривались отдельные правила отбора проб. Ещё одни правила определяли, как собирать организмы для исследования радиоактивности. Такой порядок позволял сравнивать пробы, полученные во время разных поездок.

В лаборатории Вернадского Виноградов занял должность старшего научного сотрудника в 1928 году. Заместителем директора он стал в 1934-м, тогда как директором оставался Вернадский. Его собственные исследования получили печатное изложение в книге «Геохимия живого вещества», вышедшей в 1932 году. За изучение состава морских организмов в 1935 году Виноградову присудили докторскую степень по химии. Он развивал методы анализа и исследовал конкретный природный материал, а Вернадский руководил общей биогеохимической программой учреждения.

В августе 1929 года сотрудники Биогеохимической лаборатории участвовали в экспедиции на Днепре. Архивная подпись к фотографии подтверждает место и время поездки, но не сообщает подробной программы или результатов. Сам факт полевой работы показывает, что лабораторные исследования сочетались со сбором материала вне стен института. Для сравнения природных сред это было необходимо: химический анализ начинается с образца, происхождение которого известно исследователю.

Позднее Виноградов руководил сотрудниками, которые разрабатывали способы измерения малых количеств элементов. Анализировали вещество организмов, а также пробы воздуха, почвы и воды. Такие методы позволяли поставить рядом пробы из разных частей биосферы. Если определённый элемент присутствует в каждом из них, исследователь может спрашивать, где он накапливается и где его количество меняется. Из одного анализа нельзя вывести всю цепь переходов. Но без надёжных анализов невозможно проверить вывод о движении элемента через живые организмы и окружающую среду.

Эта программа объясняет, зачем Вернадскому было нужно отдельное учреждение. Книга «Биосфера» предлагала широкий взгляд на Землю, а лаборатория должна была добывать сопоставимые данные. Научный коллектив занимался конкретными измерениями и уточнял способы их выполнения. Виноградов отвечал за существенную часть химических исследований, другие сотрудники готовили и изучали образцы, а Вернадский определял общие вопросы. Так сложная идея о работе жизни в природе получила проверяемую исследовательскую форму.

Природные воды и новые исследовательские комиссии

Работа над биосферой не вытеснила другие направления геохимии Вернадского. Книга «История природных вод» впервые была опубликована в 1933 году. Вернадский изучал, как меняется вода при взаимодействии с организмами, горными породами и газами. Вода проходит через разные среды, растворяет и переносит вещества. Поэтому история природных вод помогает понять, где встречаются химические элементы и какие условия влияют на их перемещение. Эта тема продолжала общий интерес Вернадского к веществу Земли, но имела собственный предмет.

В русское издание «Очерков геохимии» 1927 года вошли исследования истории элементов земной коры. Вернадский писал о кремнии и силикатах, разбирал историю марганца. Отдельные темы касались углерода, йода и брома, а также радиоактивных элементов. Перечень важен не сам по себе. Он показывает способ постановки вопросов: проследить отдельный элемент в разных природных соединениях и условиях, а затем сопоставить результаты. Из такого исследования вырастали и работы о природных водах, и измерения химического состава живых организмов.

При изучении реки, подземной воды или минерального источника важно знать не только название водоёма. Различаются место происхождения пробы, её контакт с породами и присутствие живых организмов. Вернадский предлагал видеть эти связи как часть природной истории воды. Такая постановка вопроса объясняет, почему рядом с минералогами и химиками понадобились исследователи вод. В его научной работе вода связывала темы, которые прежде могли изучать отдельно: земные породы, газы и жизнь.

Инициативы Вернадского в исследовании природных вод получили организационную форму в двух комиссиях. Комиссия по подземным водам появилась в 1938 году, по минеральным — в 1940-м. Они объединяли специалистов для изучения определённой группы вод. Состав воды изучали вместе с условиями её нахождения в природе и взаимодействием с породами. Вернадский ранее изложил эти вопросы в книге «История природных вод». Комиссии занимались ими в то время, когда Биогеохимическая лаборатория исследовала вещество организмов.

Вернадский предложил Виноградову изучать тяжёлую воду. Работы по этой теме начались в 1933 году в Биогеохимической лаборатории. В такой воде содержится более тяжёлая разновидность водорода. Химикам предстояло исследовать её свойства, используя специальные лабораторные методы. Для Вернадского это был ещё один вопрос о составе природного вещества. Затем исследования продолжились в комиссии, специально созданной для изучения тяжёлой воды.

В организованной Вернадским Комиссии по изучению тяжёлой воды Виноградов с 1934 года исполнял обязанности учёного секретаря. В 1939-м комиссия стала называться Комиссией по изотопам. Речь шла о разновидностях атомов одного элемента, которые имеют разную массу. Прежняя тема тяжёлой воды вошла в более широкий круг вопросов о составе вещества. В то же время комиссии по подземным и минеральным водам изучали природные воды в связи с породами, газами и организмами. Эти направления требовали разных исследовательских задач и методов.

Вернадский участвовал и в постановке вопроса об уране. По заявлению его и Виктора Хлопина Президиум Академии наук создал Комиссию по урану. Здесь важны все три роли: два учёных обратились с предложением, а решение о комиссии принял Президиум. Радиоактивные руды были предметом исследований Вернадского ещё до появления Радиевого института. Работа с ураном продолжала интерес к распределению радиоактивных элементов в природе. Позднейшие направления атомной науки нельзя сводить к инициативе одного человека или выводить из этого решения без отдельной истории.

К концу 1930-х годов к обязанностям Вернадского относилось руководство двумя организациями: Комитетом по метеоритам и космической пыли, а также Комиссией по изотопам. Он принимал участие и в деятельности Международного комитета по геологическому времени. Постоянные исследования продолжались в Биогеохимической лаборатории и Радиевом институте. В комиссиях специалисты объединялись вокруг отдельных научных задач. Вернадский работал с такими организациями в разных областях наук о Земле, не ограничиваясь вопросами биосферы.

Военные годы и последние работы

В 1940 году были опубликованы «Биогеохимические очерки». К этому времени исследования живого вещества уже имели собственную лабораторию, сотрудников и методы химического анализа. Выход книги показывает, что Вернадский продолжал излагать полученные представления в печати, пока коллектив собирал новые данные. Следующий большой труд о химическом строении биосферы остался рукописью при жизни автора.

Военная эвакуация 1941 года изменила места работы академических учреждений. Виноградов с основной группой сотрудников Биогеохимической лаборатории отправился в Казань. Местом эвакуации Вернадского стало казахстанское Боровое.

Вернадский продолжал работать в Боровом над трудом «Химическое строение биосферы Земли и её окружения». Это была попытка развернуть темы, над которыми он работал десятилетиями, в крупном исследовании. Книга вышла только после смерти автора, в 1965 году. Поэтому её публикацию нельзя считать событием его прижизненной научной деятельности, хотя сама работа над рукописью относится к его последним годам.

К поздним материалам личного фонда относится заметка Вернадского «О ноосфере» с приблизительной датировкой около 1940 года. В архивном описании приведены её название и время создания. Содержание листов по этому описанию восстановить нельзя. Рукописные материалы опубликованной позднее статьи «Несколько слов о ноосфере» датируются уже 1943–1944 годами.

В марте 1943 года Вернадский и Виноградов совместно обратились в Президиум Академии наук. Учёные предлагали придать Биогеохимической лаборатории статус института. Письмо сохранилось в архивном фонде Вернадского. Вернадский покинул место эвакуации и вернулся в Москву в августе 1943 года. Организационный вопрос оставался нерешённым.

В 1943 году лаборатория сохранила свой статус, но была переименована. Теперь она называлась Лабораторией геохимических проблем имени Вернадского. Обращение двух учёных с предложением создать институт в тот год к преобразованию не привело. Исследования продолжались в лабораторной форме, а новый институт появился в 1947 году. Его организацией занимался Виноградов уже после смерти Вернадского.

В 1944 году Вернадский опубликовал «Несколько слов о ноосфере». В личном архиве остались материалы этой статьи, датированные 1943–1944 годами. Ноосферой он называл новое состояние биосферы, которое возникает под влиянием человеческого труда и развития научной мысли. В этой концепции вопрос о деятельности организмов расширялся до воздействия людей на Землю. Вернадский излагал своё представление о таком переходе в конце жизни.

За научные работы Вернадский получил Государственную премию СССР в 1943 году. 6 января 1945 года он умер в Москве. Лаборатория геохимических проблем к этому времени сохраняла свой прежний организационный статус. Александр Виноградов продолжил исследования химического состава природного вещества и работу с коллективом бывшей Биогеохимической лаборатории. Бывшая лаборатория стала основой нового института, созданного Виноградовым в 1947 году. Учреждение получило название «Институт геохимии и аналитической химии имени Вернадского».